完井卸聯(lián)頂節(jié)時套管脫扣事故分析

王文明

中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 （遼寧 盤錦 124010）

0 引言

頁巖氣儲層一般呈現(xiàn)低孔隙度、 低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，采收率比常規(guī)天然氣低， 一般完井后需要實施儲層分段體積壓裂改造， 因此對井筒完整性和水平段固井質(zhì)量要求高[1-2]。 目前，頁巖氣井多采用套管完井，井口采用標準套管頭，以保證井筒完整性。

芯軸式套管頭將絲扣式懸掛器連接到套管柱上，下放管柱，將懸掛器坐入套管頭內(nèi)，利用套管懸重激發(fā)密封件， 實現(xiàn)懸掛套管和密封套管頭的雙重作用[3]。 但在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，由于現(xiàn)場施工人員操作不當(dāng)及套管頭內(nèi)懸掛器本身不具備限制旋轉(zhuǎn)的功能，造成完井候凝后卸聯(lián)頂節(jié)時，井內(nèi)套管倒扣倒開的情況，影響了井筒完整性，給后期施工帶來安全隱患和經(jīng)濟損失。

1 YSH1 井卸聯(lián)頂節(jié)過程井內(nèi)套管倒扣卸開

YSH1 井是一口頁巖氣水平井，完鉆井深為4 370 m，水平段長1 700 m，最大井斜89.04°在井深2 857.88 m 處，完井套管下深4 357 m，該井井身數(shù)據(jù)見表1。本井固井施工完，候凝24 h，卸聯(lián)頂節(jié)，發(fā)現(xiàn)井口套管倒扣。

1.1 事故發(fā)生經(jīng)過

使用吊鉗對聯(lián)頂節(jié)卸扣2 圈，液氣大鉗卸扣10圈，使用風(fēng)動絞車緩慢上提，未動；再次使用液氣大鉗卸扣10 圈，使用風(fēng)動絞車上提，仍舊未動。此時懷疑套管掛以下套管串接箍松動。松套管掛頂絲，井口使用鏈鉗人工正引扣20 圈，無明顯扭矩。 風(fēng)動絞車緩慢試提，聯(lián)頂節(jié)松動，上提聯(lián)頂節(jié)出井口，發(fā)現(xiàn)套管掛（0.61 m）+雙公短節(jié)（0.42 m）+短套管（3 m）+套管接箍1 只（0.27 m）出井，如圖1。

表1 YSH1 井井身數(shù)據(jù)

圖1 套管掛、短套管、套管接箍倒扣出井口

1.2 套管結(jié)構(gòu)及基本數(shù)據(jù)

套管結(jié)構(gòu)： 加長引鞋+套管鞋×0.22 m+回壓凡爾×0.25 m+短套管×1 m+套管×11.18 m+回壓凡爾×0.25 m+套管×21.809 m+碰壓總成×0.25 m+套管串+短套管×3 m+套管串+短套管×3 m+套管串+短套管×3 m+雙公短節(jié)×0.420 m+套管掛×0.610 m+聯(lián)入×8.12 m。

套管頭：TFQ244.5 mm(9 5/8″)×139.7 mm(5 1/2″)-105 MPa 分體式套管頭；139.7 mm(5 1/2″)套管掛本體上端BTC 扣、下端TP-CQ 扣，寶雞石油機械廠。

雙公短節(jié)：外徑139.7 mm，鋼級TP100T，壁厚12.34 mm,兩端扣為TP-CQ 扣,推薦上扣扭矩16 280~19 890 N·m，固井公司提供。

油層套管：外徑139.7 mm，鋼級TP110T，壁厚12.34 mm，扣型TP-CQ 扣，天津鋼管集團股份有限公司生產(chǎn)，推薦上扣扭矩16 280~19 890 N·m。

1.3 事故處理過程

經(jīng)過地面觀察倒扣出井口的套管母接箍內(nèi)劃痕嚴重，認為井內(nèi)套管公扣同樣有損傷，不能直接下套管對扣。

測聲幅分析，井口下20 m 處存在水泥環(huán)，研究決定采用反扣母錐倒扣，起出一根套管，倒出的套管下端公扣完好無損， 決定使用套管公扣直接對扣作業(yè)。

使用套管公扣， 反復(fù)按套管上扣扭矩（19 000 N·m）緊扣5 次；用壓裂車對全井套管試壓50 MPa，穩(wěn)壓30 min，壓降為0 MPa，合格；座卡瓦于套管頭，切割套管頭以上套管；本次事故處理完成。

1.4 原因分析[4-6]

1）本井水平段長1 700 m，造斜段最大狗腿度8.88 °/30 m，套管下入困難，油層套管部分套管經(jīng)過反復(fù)上提下放下入井內(nèi)，聯(lián)頂節(jié)、套管掛及雙公短節(jié)采取替單根方式下入井內(nèi)， 倒扣出井口的套管接箍在下入井內(nèi)過程中經(jīng)歷了上扣、卸扣、上扣，可能對套管接箍和套管本體之間的連接產(chǎn)生了影響。

2）套管頭管柱座掛噸位30 t（座掛前懸重40 t、頂驅(qū)10 t），聯(lián)入與實際相符，頂頂絲到位（圖2 中可見套管掛頂絲壓痕及卸聯(lián)頂節(jié)過程中套管掛旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的刮痕）。 本井采用兩凝固井，兩凝界面為井深2 500 m、垂深2 058 m，水泥漿密度2.05 g/cm3，緩凝加重水泥，返至井口；固井采取清水替漿，經(jīng)計算替漿到位管柱上浮將達到23 t（兩凝界面），故替漿到位增加懸浮力基本抵消下座噸位， 導(dǎo)致整個管柱處于自由狀態(tài)，影響懸掛器座封效果。

3）套管掛上頂端面為斜坡、頂絲為錐形，頂絲僅能起限制上抬作用，不能有效防止管柱轉(zhuǎn)動。

4）BT 吊鉗卸聯(lián)頂節(jié)2 圈，鉆井隊未意識到套管掛發(fā)生了轉(zhuǎn)動， 采用液氣大鉗連續(xù)2 次卸扣共20圈，直至套管掛連續(xù)轉(zhuǎn)動，下部套管從母接箍下端倒扣。

5）鉆井隊采用風(fēng)動絞車試提未提動，懷疑下部管串卸扣，卸頂絲后采用人工引扣20 圈，由于套管自重可能產(chǎn)生輕微收縮及套管掛限位作用， 導(dǎo)致緊扣無果，造成試提聯(lián)頂節(jié)帶出倒扣套管。

6）人為原因。 在卸聯(lián)頂節(jié)過程中井隊操作人員思想麻痹，操作不當(dāng)，未能及時發(fā)現(xiàn)套管掛轉(zhuǎn)動；上部緩凝水泥候凝時間要求48 h，井隊24 h 即開始施工作業(yè)；監(jiān)督責(zé)任，監(jiān)督未能發(fā)現(xiàn)問題及時提醒。

圖2 使用后的套管掛

2 YSH2 井卸聯(lián)頂節(jié)過程將套管掛倒扣卸開

YSH2 井為頁巖氣水平井，完鉆井深為3 846 m,其中水平段長1 366 m，最大井斜108.47°在井深2 498.16 m 處，完井套管下深3 765 m，本井同樣為三開井身結(jié)構(gòu)，套管頭及套管數(shù)據(jù)和YSH1 相同，不再贅述。 固井候凝后，卸聯(lián)頂節(jié)過程將套管掛倒出。

套管結(jié)構(gòu)：鋁制加長引鞋+套管鞋×0.22 m+回壓凡爾×0.25 m+短套管×1 m+套管×11.282 m+回壓凡爾×0.25 m+套管×22.329 m+碰壓總成×0.25 m+套管串+短套管×2 m+套管串+短套管×3 m+套管串+短套管×2 m+雙公短節(jié)×0.420 m+套管掛×0.610 m+聯(lián)入×8.180 m

2.1 事故發(fā)生經(jīng)過

使用吊鉗對聯(lián)頂節(jié)卸扣2 圈，液氣大鉗卸扣10圈，使用風(fēng)動絞車緩慢上提，發(fā)現(xiàn)套管掛倒出。

2.2 事故處理過程

觀察井口雙公短節(jié)，扣完好、無明顯摩痕，擬采取上提套管回接套管掛， 但測聲幅后， 測井解釋214~228 m 處固井質(zhì)量中等， 向下固井質(zhì)量逐步變好，無法上提套管至井口。

通過和套管頭廠家技術(shù)人員溝通， 采取套管回接雙公短節(jié)，然后試壓，試壓合格；采取卡瓦座封，割掉上部多余套管； 套管回接之后套管接箍位于套管頭內(nèi)影響卡瓦座封，需定做專用卡瓦。經(jīng)過套管頭廠家技術(shù)人員測量定做專用卡瓦座封，事故處理結(jié)束。

2.3 事故原因分析[4-6]

1）套管掛可能未完全座封，頂絲未完全頂緊套管掛， 檢查倒出套管掛未發(fā)現(xiàn)和頂絲之間的摩擦痕跡；聯(lián)頂節(jié)與套管掛之間上扣過緊。

2）套管掛和聯(lián)頂節(jié)上扣扭矩過大；套管掛和雙公短節(jié)、聯(lián)頂節(jié)加工廠家不同，加工的扣存在誤差，同樣的上扣扭矩，上扣效果不同。可能造成套管掛和雙公短節(jié)之間扣嚙合力小于套管掛和聯(lián)頂節(jié)之間的嚙合力，進而導(dǎo)致套管掛和雙公短節(jié)倒扣更容易。

3）本井水平段上傾，井斜大，下套管摩阻大，套管下入困難，套管掛座掛噸位不足；固井注水泥后采用清水頂替，套管內(nèi)外壓差較大，套管受到的浮力較大，導(dǎo)致井口處套管掛基本處于自由狀態(tài)，沒有座掛力；固井水泥在凝固過程中釋放大量熱量，套管受熱膨脹伸長，上頂，可能造成套管輕微上移。

4）人為原因。套管掛座封操作觀察不仔細；頂絲標記測量不準確，未能上到位；監(jiān)督不到位，未能發(fā)現(xiàn)問題。

3 結(jié)論及建議

本文詳細說明了完井卸聯(lián)頂節(jié)過程中套管及套管掛倒扣卸開事故發(fā)生的原因和事故處理措施。 雖然兩起事故都得到了解決， 但也要引起鉆井技術(shù)人員和工程監(jiān)督的重視。兩口井套管回接，若不能試壓合格，后期處理將十分困難，更可能帶來巨大的經(jīng)濟損失。 且兩口井事故發(fā)生都有很大的人為原因，因此，在工作中要嚴守操作流程，杜絕僥幸心理，盡量避免人為原因造成的事故發(fā)生。 針對兩起事故提出了如下對策及建議：

1）井隊技術(shù)人員及監(jiān)督要盡職盡責(zé)，注意施工中的每一個環(huán)節(jié)， 工程監(jiān)督重點工況一定旁站監(jiān)督到位，提醒到位。

2）采用絲扣式套管掛時，卸聯(lián)頂節(jié)注意扭矩變化。 同時，可以把防噴器組四通拆開提起，觀察聯(lián)頂節(jié)卸扣過程中套管掛是否轉(zhuǎn)動， 發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動可以采取割掉聯(lián)頂節(jié)等措施處理。

3）套管下入過程中做好套管檢查，嚴禁帶傷扣下入井內(nèi)； 套管掛座封標準操作， 頂絲測量標記清晰，上到位。

4）生產(chǎn)廠家測量分析套管掛扣、雙公短節(jié)扣、套管扣之間是否存在加工誤差； 分析同樣上扣扭矩扣的嚙合力是多少， 找到套管掛和套管之間最佳的上扣扭矩，同時可以改進套管掛扣加工的扣規(guī)；分析套管掛和聯(lián)頂節(jié)之間上扣扭矩和密封承壓性能， 防止上扣過緊，拆卸困難。

5）絲扣式套管掛頂絲僅能起到限位作用，不能防止轉(zhuǎn)動， 套管頭廠家可以研究改進結(jié)構(gòu)同時限制套管掛轉(zhuǎn)動。